ER Modell erweitert

Wie mit Entitätstypen, Beziehungstypen und Attributen ein ER-Modell erstellt wird, wurde an dieser Stelle erklärt. Hier soll der Konzept des ER-Modells erweitert werden.

Erweiterte Beziehungstypen

In der Realität lassen sich Sachverhalte nicht immer nur durch einfache Beziehungen abbilden, sondern erfordern öfters komplexere Strukturen.

Beziehungstypen mit Attributen

Werden zwei Enitätstypen durch einen Beziehungstyp verbunden, entstehen oft ganz neue Informationen.

In dem Beziehungstyp Nutzer — leiht aus — Buch spielt zum Beispiel auch das Datum eine wichtige Rolle. Oder schreibt ein Schüler eine Prüfung in einem Fach, sind auch die erzielte Note und das Prüfungsdatum von Bedeutung. Diese neuen Informationen lassen sich als Attribute den Beziehungstypen zuordnen.

Beziehungstypen mit Attributen

Ternäre (n-äre) Beziehungen

Es wird von n-ären Beziehungen gesprochen, wenn ein beliebige Anzahl n von Entitätstypen verknüpft wird.

Manche Sachverhalte verknüpfen drei oder mehr Entitäten gleichzeitig. In der Unterrichtsverteilung etwa bilden Lehrer, Fach und Klasse eine Einheit. Eine Aufspaltung in binäre Beziehungen würde hier den spezifischen Kontext (wer unterrichtet was in welcher Klasse?) zerstören.

Ternäre Beziehung

Rekursive Beziehungen

Rekursive Beziehung

In einigen Situationen stehen Entitätstypen mit sich selbst in Beziehung. Es handelt sich dann um rekursive Beziehungen. Zum Beispiel ist eine Person ein Kind von einer Person und diese Person ist ebenfalls ein Kind einer Person.

Generalisierung und Spezialisierung (is-a)

In komplexeren Modellen lassen sich Entitätstypen hierarchisch ordnen, um Gemeinsamkeiten effizient abzubilden:

• Generalisierung: Mehrere Entitätstypen (z. B. Schüler und Lehrer) werden zu einem allgemeineren Obertyp (z. B. Person) zusammengefasst. Der Obertyp enthält alle Attribute, die für beide Gruppen identisch sind (z. B. Name, Geburtsdatum).

• Spezialisierung: Ein Obertyp wird in spezialisierte Untertypen aufgeteilt. Diese "erben" alle Eigenschaften des Obertyps, besitzen aber zusätzlich eigene, spezifische Attribute (z. B. zu unterrichtende Stunden für Lehrer oder die Klasse für Schüler).

Im Gegensatz dazu, wird bei der einfachen Beziehung auch von has-a gesprochen: Ein Buch hat einen Autor. Diese Struktur wird als "is-a"-Beziehung bezeichnet (ein Lehrer ist eine Person).

is-a Beziehung (Generalisierung & Spezialisierung)

In der Modellierung muss dabei unterschieden werden, ob eine Entität zu mehreren Untertypen gleichzeitig gehören darf (disjunkt vs. überlappend) und ob jede Entität des Obertyps zwingend einem Untertyp zugeordnet sein muss (total vs. partiell).

Min-Max-Notation

Da die Chen-Notation für die technische Umsetzung oft zu ungenau sind, nutzt man die Min-Max-Notation im Format (min, max). Sie wird direkt an die Linien der jeweiligen Entität geschrieben und definiert sowohl die Unter- als auch die Obergrenze der Beteiligung. Der Wert min legt fest, ob eine Teilnahme optional (0) oder obligatorisch (1) ist. Der Wert max bestimmt die Obergrenze, wobei 1 für höchstens eine und N (oder *) für beliebig viele Verknüpfungen steht. Werte dazwischen sind auch erlaubt.

Beispielsweise besitzt ein Schüler in einer Schule kein oder höchstens ein Schließfach (0,1). Ein Schließfach ist entweder leer oder wird von genau einem Schüler belegt (0,1). Ebenso veröffentlicht ein Verlag in der Datenbank mindestens ein Buch (1,N). Im Gegenzug wird jedes Buch von genau einem Verlag herausgegeben (1,1).

Für die Miniwelt Schülerbibliothek ergibt sich:

Die Chen-Notation gibt die Kardinalität bezogen auf die gegenüberliegende Entitätsmenge an (Look-Across), während die Min-Max-Notation die minimale und maximale Teilnahme der jeweils direkt verknüpften Entität definiert (Look-Here).

• Beziehung „leiht aus“: Ein Nutzer leiht beliebig viele oder keine Bücher aus (0, N). Das Buch ist entweder verfügbar oder an genau eine Person verliehen (0, N):
  Nutzer —(0,N)— leiht aus —(0,1)— Buch
• Beziehung „verfasst von“: Jedes Buch besitzt zwingend einen bis maximal drei Autoren (1, 3). Ein Autor ist für beliebig viele oder noch kein Werk im Bestand verantwortlich (0, N).
  Buch —(1,3)— leiht aus —(0,N)— Autor

Neben der Schreibweise (1,N) sind auch Varianten mit Kleinbuchstaben wie (1,n) oder Platzhaltern wie (1,*) absolut gängig. Das vollständige ER-Modell der Miniwelt mit (min,max)-Notation:

Training: Banktransaktionen

Analyse eines ER-Diagramms "Buchung und Verwaltung von Banktransaktionen"

Hinweis: Die Min-Max-Notation betrachtet immer die Teilnahme einer einzelnen Instanz an der gesamten Beziehungskombination, z.B.
Währung—(0, N): In einer Währung können beliebig viele oder keine Transaktionen erfolgen.

1. Formulierung der Miniwelt
   Verfasse einen präzisen Fließtext, der die im ER-Diagramm dargestellte Miniwelt vollständig beschreibt. Übersetze die grafischen Elemente in natürliche Sprache und gehe dabei auf Folgendes ein:
   • Alle Entitäten und deren beschreibende Eigenschaften.
   • Die Konten-Hierarchie (Generalisierung/Spezialisierung).
   • Die exakten Geschäftsregeln, die durch die (rekursiven) Beziehungen und Kardinalitäten vorgegeben werden (z. B. "Ein Mitarbeiter arbeitet in...").
   • Die genauen Rahmenbedingungen und beteiligten Objekte bei der Ausführung einer Transaktion.
2. Realitätsabgleich und Modellkritik
   Das vorliegende Modell weist in Bezug auf den realen Bankalltag noch logische Schwachstellen auf. Erkläre das jeweils auftretende Problem und formuliere, wie das ER-Diagramm angepasst werden müssten:
   • Ein Ehepaar möchte ein gemeinsames Girokonto eröffnen, auf das beide vollen Zugriff haben.
   • Ein Bankmitarbeiter führt für dasselbe Konto kurz hintereinander drei verschiedene Überweisungen in derselben Währung aus.

Training: Miniwelt und ER-Modell entwerfen

1. Das Lastenheft (Systementwurf) Wählt in Partnerarbeit einen realitätsnahen, informationsreichen Prozess (z. B. Paketlogistik, Krankenhausverwaltung, Streaming-Plattform) und verfasst dazu ein präzises Anforderungsdokument als Fließtext.

   • Vorgaben für die Miniwelt: Integriert mindestens 5 Entitätstypen. Baut zwingend mindestens eine (m:n)-Beziehung sowie eine strukturelle Besonderheit (z. B. Generalisierung/is-a, rekursive Beziehung oder ternäre Beziehung) ein.
   • Modellierung: Entwickelt auf einem separaten Blatt das finale ER-Diagramm inklusive aller Attribute. Gebt alle Kardinalitäten strikt in der (min,max)-Notation an.

2. Der Fremdauftrag (Implementation & Review-Meeting) Tauscht euer Anforderungsdokument (ohne das ER-Diagramm) mit einem anderen Team.

   • Implementation: Ihr seid nun die beauftragte Datenbank-Agentur. Modelliert aus dem erhaltenen Text das geforderte ER-Diagramm in (min,max)-Notation. Rückfragen an die Verfasser sind in dieser Phase strengstens untersagt.
   • Review-Meeting: Legt beide Diagramme (Original und Nachbau) nebeneinander. Analysiert systematisch alle Abweichungen und haltet schriftlich fest: Entstanden die Unterschiede durch Mehrdeutigkeiten und Lücken im Text oder durch Modellierungsfehler der Agentur?